코발트(II)가 말똥성게($Hemicentrotus$$pulcherrimus$)의 수정 및 배아 발생에 미치는 영향 Effect of Cobalt (II) on the Fertilization and Embryo Development of the Sea Urchin ($Hemicentrotus$$pulcherrimus$)원문보기
코발트는 자연적으로 암석, 토양 물 등에서 발견되는 요소일 뿐만 아니라 산업화에 의해 생성되는 유해물질 중의 하나이다. 환경에서는 코발트 (II)와 코발트 (III)의 두 가지 산화물로 존재하며, 연안 해역으로 유입 시 먹이연쇄를 통해 해양생태계 전반에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구는 유용 수산생물로써 조간대 암반 지역에 서식하는 말똥성게($Hemicentrotus$$pulcherrimus$)를 이용하여 cobalt (Co (II); 10, 100, 500, 1000, 2500 ppb)가 배우자 및 배아에 미치는 독성 영향을 조사하였다. 성숙한 말똥성게($H.$$pulcherrimus$) 체강에 0.5 M KCl를 주입하여 방란 및 방정을 유도하였으며 수컷은 흰색 또는 크림색 정자를 분비하고 암컷은 노란색 또는 오렌지색 난자를 분비하였다. 실험은 30분 내에 배우자를 수집한 후 실행하였다. 수정률 및 배아 발생률을 조사하기 위한 실험은 수정 후 각각 10분 및 64시간 실시하였다. 수정률은 대조군과 실험군과의 유의적인 변화가 없었다. 배아발생률은 대조군에서 90% 이상 나타났고 실험군에서는 농도 의존적으로 유의적인 감소를 나타냈다. 말똥성게($H.$$pulcherrimus$)의 정상 배아 발생에 대한 Co (II)의 독성치는 반수영향농도($EC_{50}$) 71.84 ppb와 95% Cl 16.71~203.36 ppb로 나타났다. 또한 무영향농도(NOEC)는 <10 ppb로 나타났고, 최소영향농도(LOEC)는 10 ppb로 나타났다. 본 연구 결과, Co (II)가 연안해역에 유입시, 10 ppb 이상의 농도로 존재할 경우 말똥성게($H.$$pulcherrimus$)와 같은 연안정착성 생물의 초기 배아 발생단계는 심각한 영향을 받을 것으로 사료된다.
코발트는 자연적으로 암석, 토양 물 등에서 발견되는 요소일 뿐만 아니라 산업화에 의해 생성되는 유해물질 중의 하나이다. 환경에서는 코발트 (II)와 코발트 (III)의 두 가지 산화물로 존재하며, 연안 해역으로 유입 시 먹이연쇄를 통해 해양생태계 전반에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구는 유용 수산생물로써 조간대 암반 지역에 서식하는 말똥성게($Hemicentrotus$$pulcherrimus$)를 이용하여 cobalt (Co (II); 10, 100, 500, 1000, 2500 ppb)가 배우자 및 배아에 미치는 독성 영향을 조사하였다. 성숙한 말똥성게($H.$$pulcherrimus$) 체강에 0.5 M KCl를 주입하여 방란 및 방정을 유도하였으며 수컷은 흰색 또는 크림색 정자를 분비하고 암컷은 노란색 또는 오렌지색 난자를 분비하였다. 실험은 30분 내에 배우자를 수집한 후 실행하였다. 수정률 및 배아 발생률을 조사하기 위한 실험은 수정 후 각각 10분 및 64시간 실시하였다. 수정률은 대조군과 실험군과의 유의적인 변화가 없었다. 배아발생률은 대조군에서 90% 이상 나타났고 실험군에서는 농도 의존적으로 유의적인 감소를 나타냈다. 말똥성게($H.$$pulcherrimus$)의 정상 배아 발생에 대한 Co (II)의 독성치는 반수영향농도($EC_{50}$) 71.84 ppb와 95% Cl 16.71~203.36 ppb로 나타났다. 또한 무영향농도(NOEC)는 <10 ppb로 나타났고, 최소영향농도(LOEC)는 10 ppb로 나타났다. 본 연구 결과, Co (II)가 연안해역에 유입시, 10 ppb 이상의 농도로 존재할 경우 말똥성게($H.$$pulcherrimus$)와 같은 연안정착성 생물의 초기 배아 발생단계는 심각한 영향을 받을 것으로 사료된다.
Cobalt is a naturally occurring element found in rocks, soil, water and/or is among the harmful pollutants as generated by industrialized. In the environment, cobalt has two oxidation states, cobalt (II) (Co (II)) and cobalt (III) (Co (III)). If coastal water is contaminated by cobalt, it through th...
Cobalt is a naturally occurring element found in rocks, soil, water and/or is among the harmful pollutants as generated by industrialized. In the environment, cobalt has two oxidation states, cobalt (II) (Co (II)) and cobalt (III) (Co (III)). If coastal water is contaminated by cobalt, it through the food chain can have an impact on marine ecosystems. Therefore, we examined the gametotoxic and embryotoxic effects of Co (II) at various concentrations (10, 100, 500, 1000, 2500 ppb) in the sea urchin $Hemicentrotus$$pulcherrimus$. Spawning was induced by injecting 1 mL of 0.5 M KCl into coelomic cavity. Males released white or cream-colored sperms and females released yellow or orange-colored eggs. Experiment was begun within 30 min the collection of both gametes. The fertilization and embryo development rates test were performed for 10 min and 64 h after fertilization, respectively. The fertilization rates in the control condition (not including Co (II)) and experimental group were not significantly changed. The embryo development rates in the control condition were greater than 90% and were significantly decreased with concentration dependent manner. The normal embryogenesis rate was significantly inhibited in exposed to cobalt (II) ($EC_{50}$=71.84 ppb, 95% Cl=16.71-203.36 ppb). The NOEC and LOEC of normal embryogenesis rate were <10 ppb and 10 ppb, respectively. These results suggest that the early embryo stages of $H.$$pulcherrimus$ have toxic effect at greater than 10 ppb of Co (II) concentration.
Cobalt is a naturally occurring element found in rocks, soil, water and/or is among the harmful pollutants as generated by industrialized. In the environment, cobalt has two oxidation states, cobalt (II) (Co (II)) and cobalt (III) (Co (III)). If coastal water is contaminated by cobalt, it through the food chain can have an impact on marine ecosystems. Therefore, we examined the gametotoxic and embryotoxic effects of Co (II) at various concentrations (10, 100, 500, 1000, 2500 ppb) in the sea urchin $Hemicentrotus$$pulcherrimus$. Spawning was induced by injecting 1 mL of 0.5 M KCl into coelomic cavity. Males released white or cream-colored sperms and females released yellow or orange-colored eggs. Experiment was begun within 30 min the collection of both gametes. The fertilization and embryo development rates test were performed for 10 min and 64 h after fertilization, respectively. The fertilization rates in the control condition (not including Co (II)) and experimental group were not significantly changed. The embryo development rates in the control condition were greater than 90% and were significantly decreased with concentration dependent manner. The normal embryogenesis rate was significantly inhibited in exposed to cobalt (II) ($EC_{50}$=71.84 ppb, 95% Cl=16.71-203.36 ppb). The NOEC and LOEC of normal embryogenesis rate were <10 ppb and 10 ppb, respectively. These results suggest that the early embryo stages of $H.$$pulcherrimus$ have toxic effect at greater than 10 ppb of Co (II) concentration.
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문제 정의
환경에서는 코발트(II)와 코발트(III)의 두 가지 산화물로 존재하며, 연안 해역으로 유입 시 먹이연쇄를 통해 해양생태계 전반에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구는 유용 수산생물로써 조간대 암반 지역에 서식하는 말똥성게(Hemicentrotus pulcherrimus)를 이용하여 cobalt (Co(II); 10, 100, 500, 1000, 2500 ppb)가 배우자 및 배아에 미치는 독성 영향을 조사하였다. 성숙한 말똥성게(H.
본 연구는 유용 수산생물로써 조간대 암반 지역에 서식하는 말똥성게(Hemicentrotus pulcherrimus)의 수정률 및 배아 발생률을 이용하여 코발트의 생태위해성을 평가하고자 한다.
제안 방법
5 M KCl 용액 1 mL을 체강내로 주입시킨 후, 여과된 자연해수가 담긴 100 mL 용량의 비이커에 넣고 생식공이 충분히 잠기게 하였다. 30분 동안 방정, 방란을 유도시켜 얻은 배우자를 정자용액은 1회, 난자용액은 3회 세정하여 실험에 사용하였다.
실험 생물의 수정 및 배아 발생률에 미치는 Co(II)의 영향을 살펴보기 위하여, 멸균된 해수를 이용하여 10 ppm (10,000 ppb)농도로 조성한 stock solution을 이용한 사전실험에 의해 농도를 설정하였다. Co(II) 노출에 의한 말똥성게(H. pulcherrimus)의 수정률 및 배아 발생률을 조사하기 위한 Co(II) 농도는 0, 10, 100, 500, 1000, 2500 ppb로 설정하였다.
말똥성게 표면의 원생동물 및 이물질을 제거하기 위하여 멸균된 해수를 이용하여 표면을 세척한 후, 실험에 이용하였다. 방정과 방란을 유도하기 위해 사용된 말똥성게(H.
방정 유도를 통해서 얻은 정자는 각각의 Co(II) 농도에 30분간 노출시킨 후, 방란 유도를 통해 얻은 정상 난자와 인공수정을 시켰다. 수정 10분 경과 후 수정막의 형성 유∙무로 수정률을 관찰하였다(Fig.
방정 유도를 통해서 얻은 정자는 각각의 Co(II) 농도에 30분간 노출시킨 후, 방란 유도를 통해 얻은 정상 난자와 인공수정을 시켰다. 수정 10분 경과 후 수정막의 형성 유∙무로 수정률을 관찰하였다(Fig. 1). 정상적인 배아 발생은 수정 후 64시간째인 pluteus 유생기에 정상과 비정상(작은 크기 혹은 기형)으로 나누어 관찰하였다 (Pagono et al.
실험은 30분 내에 배우자를 수집한 후 실행하였다. 수정률 및 배아 발생률을 조사하기 위한 실험은 수정 후 각각 10분 및 64시간 실시하였다. 수정률은 대조군과 실험군과의 유의적인 변화가 없었다.
7791-13-1)는 Kanto chemicals (Tokyo, Japan) 제품을 이용하였다. 실험 생물의 수정 및 배아 발생률에 미치는 Co(II)의 영향을 살펴보기 위하여, 멸균된 해수를 이용하여 10 ppm (10,000 ppb)농도로 조성한 stock solution을 이용한 사전실험에 의해 농도를 설정하였다. Co(II) 노출에 의한 말똥성게(H.
5 M KCl를 주입하여 방란 및 방정을 유도하였으며 수컷은 흰색 또는 크림색 정자를 분비하고 암컷은 노란색 또는 오렌지색 난자를 분비하였다. 실험은 30분 내에 배우자를 수집한 후 실행하였다. 수정률 및 배아 발생률을 조사하기 위한 실험은 수정 후 각각 10분 및 64시간 실시하였다.
실험은 농도별로 3회 반복 실시하였으며 100개 이상의 배아를 3회 반복 계수하여 고정된 배아 수에 대한 정상적인 배아 수의 백분율을 산출하였다. 이들 결과를 이용하여 수정 및 배아 발생률에 대한 반수영향농도(50% Effective Concentration, EC50)와 95% 신뢰구간(95% Confidence Limit, 95% Cl)를 probit 통계법을 이용하여 분석하였다.
1). 정상적인 배아 발생은 수정 후 64시간째인 pluteus 유생기에 정상과 비정상(작은 크기 혹은 기형)으로 나누어 관찰하였다 (Pagono et al. 1985a, b) (Fig. 1).
대상 데이터
방정과 방란을 유도하기 위해 사용된 말똥성게(H. pulcherrimus)는 암, 수 각 6개체로, 크기는 직경 3.5 cm 이상을 사용하였으며, 해수는 membrane filter (pore size 0.45μm)로 여과된 자연해수를 멸균하여 사용하였다.
본 연구는 2011년도 국립수산과학원 경상과제연구비 지원으로 국립수산과학원 서해수산연구소 해양생태위해평가센터에서 수행하였다.
따라서 본 연구는 유용 수산생물로써 조간대 암반 지역에 서식하는 말똥성게(Hemicentrotus pulcherrimus)를 이용하여 cobalt (Co(II); 10, 100, 500, 1000, 2500 ppb)가 배우자 및 배아에 미치는 독성 영향을 조사하였다. 성숙한 말똥성게(H. pulcherrimus) 체강에 0.5 M KCl를 주입하여 방란 및 방정을 유도하였으며 수컷은 흰색 또는 크림색 정자를 분비하고 암컷은 노란색 또는 오렌지색 난자를 분비하였다. 실험은 30분 내에 배우자를 수집한 후 실행하였다.
pulcherrimus)는 서식지역의 수온에 따라 산란시기가 다르고, 우리나라 전 연안의 조간대 암반지역에 서식하고 있어 채집이 용이하다. 실험에 사용된 말똥성게(H. pulcherrimus)는 2011년 3~4월에 전라북도 부안군 변산면 격포리 인근 해역의 조간대 암반지역에서 채집하여 국립수산과학원 서해수산연구소 해양생물배양실에서 1주일 순치한 후 실험에 이용하였다. 해양생물배양실 수조환경은 유수식으로 온도 9±1℃의 수온을 유지하였다.
실험에 사용한 독성물질인 Cobalt (Co(II) Chloride Hexahydrate 99.9%, CoCl2.6H2O, CAS No.7791-13-1)는 Kanto chemicals (Tokyo, Japan) 제품을 이용하였다. 실험 생물의 수정 및 배아 발생률에 미치는 Co(II)의 영향을 살펴보기 위하여, 멸균된 해수를 이용하여 10 ppm (10,000 ppb)농도로 조성한 stock solution을 이용한 사전실험에 의해 농도를 설정하였다.
5℃를 유지하였다. 인공수정(artificial insemination)시 적정한 정자 접종을 위한 사전조사를 통하여 정자는 2,000~2,500배 희석하였으며, 멸균해수 배양액 1 mL에 수정란 1,500~2,000개를 준비해 Table 1의 조건으로 배양하였다.
데이터처리
All the points showed a statistically significant difference from the control group according to Student’s t-test (*p<0.05, ** p<0.01).
Co(II)가 말똥성게(H. pulcherrimus)의 수정 및 배아 발생률에 미치는 영향에 대한 실험결과를 바탕으로, probit 통계법을 이용해 EC50과 EC50에 95% Cl를 산출하였고, Dunnett’s test를 이용하여 NOEC와 LOEC값을 산출하였다.
대조군과 실험군과의 유의성 검정은 Student’s t-test로 비교하였으며, p가 0.05 이하인 것만 유의한 것으로 하였다.
또한 무영향농도(No Observed Effective Concentration, NOEC), 최소영향농도(Lowest Observed Effective Concentration, LOEC)는 Dunnett’s test를 이용하여 분석 하였다.
실험은 농도별로 3회 반복 실시하였으며 100개 이상의 배아를 3회 반복 계수하여 고정된 배아 수에 대한 정상적인 배아 수의 백분율을 산출하였다. 이들 결과를 이용하여 수정 및 배아 발생률에 대한 반수영향농도(50% Effective Concentration, EC50)와 95% 신뢰구간(95% Confidence Limit, 95% Cl)를 probit 통계법을 이용하여 분석하였다. 또한 무영향농도(No Observed Effective Concentration, NOEC), 최소영향농도(Lowest Observed Effective Concentration, LOEC)는 Dunnett’s test를 이용하여 분석 하였다.
본 연구에서 수정률은 Co(II)에 영향을 받지 않았으나 배아 발생률은 Co(II)농도가 증가 할수록 농도 의존적으로 유의적인 감소를 나타내었다. 동일 독성물질 농도에 대한 영향이 수정률보다 배아 발생률에서 저해현상이 크게 나타나는 것으로 보아, pluteus 유생시기의 배아가 독성물질에 더 오랫동안 노출되어 배 발달과정 중 저해 정도가 증가되었을 것으로 생각된다. 또한 독성물질에 대한 노출은 pluteus 이전에 저해를 받았다 할지라도 형태적으로 빈약한 시기보다는 분화 정도가 진전된 plueus 유생시기의 배아가 독성에 대해 더욱 증폭되어 표현되기 때문에, 환경에 대한 배아의 저해현상이 pluteus 형성시기에 더욱 뚜렷하게 관찰되는 것으로 판단된다(Wui et al.
말똥성게(H. pulcherrimus) 정자를 각각의 Co(II)에 30분간 노출시킨 후, 정상 난자와 10분간 수정시킨 후 수정률을 관찰한 결과 Co(II) 농도에 유의적인 영향을 받지 않았다(Fig. 2). 수정 후 64시간째의 pluteus 유생기의 정상 배아 발생률은 대조군이 91.
배아발생률은 대조군에서 90% 이상 나타났고 실험군에서는 농도의존적으로 유의적인 감소를 나타냈다. 말똥성게(H. pulcherrimus)의 정상 배아 발생에 대한 Co(II)의 독성치는 반수영향농도(EC50) 71.84 ppb와 95% Cl 16.71~203.36 ppb로 나타났다. 또한 무영향농도(NOEC)는 <10 ppb로 나타났고, 최소영향농도(LOEC)는 10 ppb로 나타났다.
수정률은 대조군과 실험군과의 유의적인 변화가 없었다. 배아발생률은 대조군에서 90% 이상 나타났고 실험군에서는 농도의존적으로 유의적인 감소를 나타냈다. 말똥성게(H.
또한 무영향농도(NOEC)는 <10 ppb로 나타났고, 최소영향농도(LOEC)는 10 ppb로 나타났다. 본 연구 결과, Co(II)가 연안해역에 유입시, 10 ppb 이상의 농도로 존재할 경우 말똥성게(H. pulcherrimus)와 같은 연안정착성 생물의 초기 배아 발생단계는 심각한 영향을 받을 것으로 사료된다.
본 연구결과 Co(II)가 연안 해역에 유입되어 10 ppb를 초과할 경우 연안 생태계 내에 서식하는 생물의 재생산에 유해한 영향을 미칠 것으로 판단된다. 또한 해양생태독성평가 시에 동, 식물 플랑크톤 중심의 연구에서 유용 수산생물자원으로의 연구가 유도되는 상황에서 말똥성게(H.
본 연구에서 수정률은 Co(II)에 영향을 받지 않았으나 배아 발생률은 Co(II)농도가 증가 할수록 농도 의존적으로 유의적인 감소를 나타내었다. 동일 독성물질 농도에 대한 영향이 수정률보다 배아 발생률에서 저해현상이 크게 나타나는 것으로 보아, pluteus 유생시기의 배아가 독성물질에 더 오랫동안 노출되어 배 발달과정 중 저해 정도가 증가되었을 것으로 생각된다.
2). 수정 후 64시간째의 pluteus 유생기의 정상 배아 발생률은 대조군이 91.67%를 보였으며, Co(II) 농도 10, 100, 500, 1000, 2500 ppb 처리군에서의 정상 배아 발생률은 각각 83.33%, 77.33%, 59.33%, 23.33%, 12.33%를 나타내었다. Pluteus 유생기의 정상 배아 발생률은 Co(II) 처리농도가 증가할수록 농도 의존적으로 유의적인 감소를 나타내었다(Fig.
2011). 이들 연구결과로부터 중금속 및 유해물질들의 종류에 따라 정도의 차이는 있지만 성게 초기 배아의 발생에 있어서 유해하게 작용한다는 것을 알 수 있으며, 말똥성게(H. pulcherrimus)를 이용한 생태 독성 시험법은 연안해역에 대한 생물영향을 평가하기 위하여 유용하게 이용될 수 있을 것으로 판단된다. 포유류인 생쥐, 흰쥐, 토끼 등을 대상으로 한 Co(II)의 연구에서도 임신한 모체에 Co(II)노출 시 배아는 죽거나, 기형 특히 골격의 발달이 지연되는 현상이 나타났다 (Szakmáry et al.
후속연구
본 연구결과 Co(II)가 연안 해역에 유입되어 10 ppb를 초과할 경우 연안 생태계 내에 서식하는 생물의 재생산에 유해한 영향을 미칠 것으로 판단된다. 또한 해양생태독성평가 시에 동, 식물 플랑크톤 중심의 연구에서 유용 수산생물자원으로의 연구가 유도되는 상황에서 말똥성게(H. pulcherrimus)는 발생학적인 장점과 함께 오염물질에 대한 반응이 민감한 시험 생물로 유용하게 이용될 것으로 판단된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 시험방법의 표준화 및 유용 시험생물 종을 선정하는 연구는 매우 중요하다. 시험생물로써 성게는 세계 전역의 바다에 서식하며 산란기가 길고 생식세포인 정자, 난자를 쉽게 얻을 수 있으며 실험실에서 배아 발생을 관찰하기 용이한 장점으로 인해 생태독성학적 연구에도 활발하게 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
코발트란 무엇인가?
코발트는 자연적으로 암석, 토양 물 등에서 발견되는 요소일 뿐만 아니라 산업화에 의해 생성되는 유해물질 중의 하나이다. 환경에서는 코발트 (II)와 코발트 (III)의 두 가지 산화물로 존재하며, 연안 해역으로 유입 시 먹이연쇄를 통해 해양생태계 전반에 영향을 미칠 수 있다.
수서생태계에 서식하는 생물이 직접적인 영향을 받는 주위의 환경 요인은 무엇이 있는가?
특히 수서생태계에 서식하는 생물들은 주위의 환경 요인으로부터 직접적인 영향을 받는다. 이런 요인으로는 각종 중금속, 농약, 인공 및 자연 방사선 등의 화학물질과 수온, pH, 빛, 유속 등의 물리적 요인이 있다(Han et al. 2009).
코발트는 어느 국가에서 생산되는가?
코발트는 아프리카, 캐나다, 모로코 등을 비롯한 세계 17개국에서 생산되는 금속으로 암석, 토양, 물과 식물 등에 분포 한다(Palit et al. 1994; Krauskopf and Bird 1995; Nagpal 2004).
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